Page 222 - 现代工业绿色技术创新研究

Research on Innovation of Modern Industrial Green Technology
现代工业绿色技术创新研究

（五）三元复合的氧化物 LiNi CoyMn 1-x-y O 2
x
镍钻锰三元系正极材料由于协同效应，其电化学性能优于任何单一组元，集
合了三者的优点，也弥补了各自的不足，具有高的比容量、低成本、循环性能好、

安全性能高等特点。钻元素作为骨架可以稳定电极材料的层状结构，减少循环过
程中离子的混排；镍元素是保证材料具有高容量的基础；锰元素则主要起稳定材
料结构作用，提高材料的安全性，同时降低成本。三元系的正极材料的理论比容
量为 277mAh/g，其实际比容量为 200mAh/g，高于已经广泛使用的钻酸锂正极材

料，被认为是理想的取代钻酸锂材料的正极材料。

五、锂离子电池负极材料

（一）碳材料

目前，碳材料是锂离子电池中使用最广泛的负极材料。碳材料的优点在于
其嵌锂电势低、循环稳定。碳材料可以分为石墨化碳和非石墨化碳。石墨化碳有
天然石墨、人造石墨等。非石墨化碳包含软碳和硬碳。软碳是指在高温下可以石
墨化的碳材料；硬碳是指在高温下也无法石墨化的碳材料。石墨化碳的碳具有

层状结构，层间距为 0.335nm，层问为较弱的范德华力连接。石墨化碳的嵌锂机
理是锂离子能够可逆地嵌入石墨层问，形成石墨插层化合物，嵌锂后其理论式
为 LiC 6 。石墨化碳的理论比容量为 372mAh/g，但由于杂质和结构缺陷，其实际
比容量为 300mAh/g 左右。石墨化碳由于无法形成稳定的 SEI 膜，导致其首次充

放电库仑效率低，循环性能差，且其对电解质敏感。通过对石墨化碳改性处理如
表面包覆、掺杂可改善其效率低和循环性能差的缺点。软碳主要指中间相碳微球
（MCMB），其容量为 320mAh/g 左右。硬碳是高分子聚合物的热解碳，是难以
石墨化的碳，由相互交联叠加的单石墨层构成，因此具有更大的比表面积和更大

的比容量，但是循环性能较差，不可逆容量高。
（二）锡基材料
锡基材料可以可逆脱嵌锂，1mol 锡可以与 4.4mol 锂发生反应，其理论比容
量高达 994mAh/g。锡基材料主要有金属锡、锡的氧化物（SnO、SnO 2 ）、锡的

合金以及锡一碳复合材料。锡基材料体积效应严重，充放电过程中电极材料反复
膨胀收缩，最终材料粉化，结构坍塌，因此锡基材料循环性能欠佳。目前锡基材
料的研究重点是使材料纳米化或非晶化，以提高材料的循环性能。

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